CN109509393A - 一种氢氧燃料电池演示器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种氢氧燃料电池演示器，包括支架、电解槽、电极室和面板；支架包括底座、支撑板以及两根横杆，底座顶面中部设有多个凹槽，两根横杆上滑动设有多根伸缩杆，伸缩杆的远离横杆的一端连接有卡夹，支撑板上滑动连有面板；电极室包括外管、推拉杆和活塞，卡夹可拆卸的夹持在外管的外壁上，外管内滑动设有活塞，活塞顶部连有推拉杆，活塞底部连有泡沫镍电极，推拉杆的另一端部设有推拉手柄，推拉手柄上设有电极接线柱，电极接线柱通过贯穿推拉杆的导线与泡沫镍电极电性连接；面板上设有电池盒、一对电源接线柱、开关、负载和一对回路接线柱，电源接线柱与电池盒电性连接。本发明结构简单，使用方便，演示效果好，重复利用率高。

Description

一种氢氧燃料电池演示器

技术领域

本发明涉及一种教学装置，具体为一种氢氧燃料电池演示器。

背景技术

燃料电池是一种化学电池，它利用物质发生化学反应时释出的能量，直接将其变换为电能。从这一点看，它和其他化学电池如锌锰干电池、铅蓄电池等是类似的。但是，它工作时需要连续地向其供给反应物质——燃料和氧化剂，这又和其他普通化学电池不大一样。由于它是把燃料通过化学反应释出的能量变为电能输出，所以被称为燃料电池。具体地说，燃料电池是利用水的电解的逆反应的"发电机"。它由正极、负极和夹在正负极中间的电解质板所组成。

在燃料电池的学习中，单纯的图片加上讲解不能够使学生直观感受，学生的学习效果差，而现有的演示装置多是通过烧杯中放置电极连接负载组成简易燃料电池，或者是使用研究用品，但是使用简易燃料电池时需要使用铂电极，成本比较高，而且烧杯为敞口结构，不利于气体的储存以及极板与电解质溶液的充分接触；研究用品成本较高，体积较大，不适用于演示实验。

发明内容

为了解决现有技术中存在的不足，本发明提供一种氢氧燃料电池演示器，操作简单，通过管状电极室的设置能够储存气体，且泡沫镍能够提升实验效果，使燃料电池的演示效果大大提升。

本发明提供的一种氢氧燃料电池演示器，包括支架、电解槽、电极室和面板；

支架包括长方体结构的底座、设置于底座左、右两侧的支撑板以及位于底座上方前、后两侧且与支撑板连接的两根横杆，底座顶面中部设置有多个用于放置电解槽的凹槽，两根横杆上滑动设置有多根伸缩杆，伸缩杆位于两个横杆之间且处于水平方向，伸缩杆的远离横杆的一端连接有卡夹支撑板上滑动连接有面板；

电极室包括外管、推拉杆和活塞，卡夹可拆卸的夹持在外管的外壁上，外管下端开口，且内部滑动设置有活塞，活塞顶部连接有贯穿外管的推拉杆，活塞底部连接有泡沫镍电极，推拉杆的另一端部设置有推拉手柄，推拉手柄上设置有内嵌的电极接线柱，电极接线柱通过贯穿推拉杆和活塞的导线与泡沫镍电极电性连接；

面板上设置有电池盒、一对电源接线柱、开关、负载和一对回路接线柱，电源接线柱与电池盒电性连接，负载设置于回路接线柱之间，负载与回路接线柱电性连接。

优选的，两个支撑板相对的侧面上设置有竖直方向的滑道，面板两侧设置有能够与滑道滑动连接的凸起，支撑板与面板通过滑道和凸起滑动连接。

优选的，凹槽顶部边缘与电解槽之间通过密封圈密封连接，密封圈的内圈环绕设置有多个纵截面为直角梯形的卡脚。

优选的，外管为透明的聚四氟乙烯管，外管的外壁上设置有刻度。

优选的，开关包括两个单刀单掷开关，其中一个开关与一对电源接线柱以及电极接线柱电性连接构成回路，另一个开关与电极接线柱以及一对回路接线柱电性连接构成回路。

优选的，开关包括一个双刀双掷开关，一对电源接线柱分别与开关一端的两个接线端电性连接，电极接线柱分别与开关中部的两个接线端电性连接，开关另一端的两个接线端分别与一对回路接线柱电性连接。

优选的，负载包括并列设置的多个发光二极管，每个二极管两端设置有对应的接线柱，多个发光二极管能够串联或者并联。

优选的，回路接线柱与开关之间的电路上设置有一对用于连接电压表的电压表接线柱和一对用于连接电流表的电流表接线柱。

优选的，电解槽为长方体结构或者圆柱形结构，电解槽为透明的石英电解槽。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1、本发明使用管状电极室，能够储存电解水产生的氢气和氧气，且两种气体不会混合；2、本发明采用多孔的泡沫镍作为电极材料，能够降低电解质溶液浓度，缩短制气时间，提升电流，且能够吸附更多的气体原料，实验演示效果好；3、本发明通过多个凹槽的设置，能够实现串联供电，有利于学生直观认识串联电解知识内容，认识不同电极气体的量的关系，相同电极气体量的关系，并能迅速判断串联电解所对应的极板。另外，串联能够增大电流，增强实验效果；4、本发明采用电池组作为电源，能够根据实际需要选择电池的个数；5、本发明结构简单，携带方便，拆开和组装过程简单，重复利用率高。

附图说明

图1为本发明一种氢氧燃料电池演示器的结构示意图；

图2为本发明一种氢氧燃料电池演示器中伸缩杆和卡夹的结构示意图。

图中：1、支架；2、电解槽；3、电极室；4、面板；5、底座；6、支撑板；7、横杆；8、伸缩杆；9、卡夹；10、外管；11、推拉杆；12、活塞；13、泡沫镍电极；14、电极接线柱；15、电池盒；16、电源接线柱；17、开关；18、负载；19、回路接线柱。

具体实施方式

以下是本发明的具体实施例并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明不限于这些实施例。本发明中以面板上设置有电器元件的面为前侧面。

如图1和图2所示，一种氢氧燃料电池演示器，包括支架1、电解槽2、电极室3和面板4，电解槽2用于放置电解液和电极室3，电极室3用于进行电解水反应和氢氧燃料电池反应，面板4用于放置其他元件；

支架1包括长方体结构的底座5、设置于底座5左、右两侧的支撑板6以及位于底座5上方前、后两侧且与支撑板6连接的两根横杆7，底座5顶面中部设置有多个用于放置电解槽2的凹槽，两根横杆7上滑动设置有多根伸缩杆8，伸缩杆8位于两根横杆7之间且处于水平方向，伸缩杆8的远离横杆7的一端连接有卡夹9，支撑板6上滑动连接有面板4，凹槽用于放置电解槽2，此处多个凹槽设置可用于放置多个电解槽2，在关于氢氧燃料电池的演示中，通过将多个电解槽2串联，来使学生直观了解串联电解相关内容，支撑板6用于连接面板4，横杆7用于连接电极室3，通过横杆7的设置可以在一个电解槽2内放入多个电极室3；

电极室3包括外管10、推拉杆11和活塞12，卡夹9可拆卸的夹持在外管10的外壁上，外管10下端开口，且内部滑动设置有活塞12，活塞12顶部连接有贯穿外管10的推拉杆11，活塞12底部连接有泡沫镍电极13，推拉杆11的另一端部设置有推拉手柄，推拉手柄上设置有内嵌的电极接线柱14，电极接线柱14通过贯穿推拉杆11和活塞12的导线与泡沫镍电极13电性连接，使用时，首先将活塞12推动的外管10的底部，将电极室3放入电解槽2中，并使电解液没过电极室3，然后抽动推拉杆11，使活塞12处于电极室3的上部，此时泡沫镍电极13完全放置在外管10中，电解水产生的氢气和氧气即可通过排水法进行收集；

面板4上设置有电池盒15、一对电源接线柱16、开关17、负载18和一对回路接线柱19，电源接线柱16与电池盒15电性连接，负载18设置于回路接线柱19之间，负载18与回路接线柱19电性连接。

优选的，两个支撑板6相对的侧面上设置有竖直方向的滑道，面板4两侧设置有能够与滑道滑动连接的凸起，支撑板6与面板4通过滑道和凸起滑动连接。

优选的，凹槽顶部边缘与电解槽2之间通过密封圈密封连接，密封圈的内圈环绕设置有多个纵截面为直角梯形的用于强化固定效果的卡脚。

优选的，外管10为透明的聚四氟乙烯管，外管10的外壁上设置有刻度。

优选的，开关17包括两个单刀单掷开关，其中一个开关17与一对电源接线柱16以及电极接线柱14电性连接构成回路，另一个开关17与电极接线柱14以及一对回路接线柱19电性连接且构成回路。

优选的，开关17包括一个双刀双掷开关，一对电源接线柱16分别与开关17一端的两个接线端电性连接，电极接线柱14分别与开关17中部的两个接线端电性连接，开关17另一端的两个接线端分别与一对回路接线柱19电性连接。

优选的，负载18包括并列设置的多个发光二极管，每个二极管两端设置有对应的接线柱，多个发光二极管能够串联或者并联。

优选的，回路接线柱19与开关17之间的电路上设置有一对用于连接电压表的电压表接线柱和一对用于连接电流表的电流表接线柱。

优选的，电解槽2为长方体结构或者圆柱形结构，电解槽为透明的石英电解槽。

具体实施时，如果开关包含两个单刀单掷开关，一个开关17与一对电源接线柱16以及电极接线柱14电性连接构成回路，另一个开关17与电极接线柱14以及一对回路接线柱19电性连接且构成回路，也就是构成两个回路；首先向电解槽2中加入电解质溶液，使用推拉杆11将活塞12推至外管10底部，将电极室伸入电解槽2中以后，抽动推拉杆11使活塞12处于外管10的上部，也就是部分电解质溶液进行电极室3内，然后将连接电源接线柱和电极接线柱的单刀单掷开关闭合，另一个单刀单掷开关依旧打开，此时进行电解水试验，电解水产生的氢气和氧气分别通过排水法进入到电极室3内，此时学生可以直观感受氢气和氧气的产生过程以及比例关系。当收集一定量的氢气和氧气以后，将该电路的开关断开，将另一个单刀单掷开关闭合，也就是将电极接线柱14与负载18以及回路接线柱19连通，此时负载18中的发光二极管发光，完成氢氧燃料电池的演示。

如果开关是双刀双掷开关，一对电源接线柱16分别与开关17一端的两个接线端电性连接，电极接线柱14分别与开关17中部的两个接线端电性连接，开关17另一端的两个接线端分别与一对回路接线柱19电性连接；首先向电解槽2中加入电解质溶液，使用推拉杆11将活塞12推至外管10底部，将电极室伸入电解槽2中以后，抽动推拉杆11使活塞12处于外管10的上部，也就是部分电解质溶液进行电极室3内，将双刀双掷开关17打到连接电源接线柱16的一侧，电解水电路连通，此时进行电解水试验，电解水产生的氢气和氧气分别通过排水法进入到电极室3内，此时学生可以直观感受氢气和氧气的产生过程以及比例关系。当收集一定量的氢气和氧气以后，将双刀双掷开关17打到连接回路接线柱19的一侧，将电极接线柱14与负载18以及回路接线柱19连通，此时负载18中的发光二极管发光，完成氢氧燃料电池的演示。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种氢氧燃料电池演示器，其特征在于，包括支架(1)、电解槽(2)、电极室(3)和面板(4)；

所述支架(1)包括长方体结构的底座(5)、设置于所述底座(5)左、右两侧的支撑板(6)以及位于底座(5)上方前、后两侧且与所述支撑板(6)连接的两根横杆(7)，所述底座(5)顶面中部设置有多个用于放置所述电解槽(2)的凹槽，两根所述横杆(7)上滑动设置有多根伸缩杆(8)，所述伸缩杆(8)位于两根所述横杆(7)之间且处于水平方向，所述伸缩杆(8)的远离所述横杆(7)的一端连接有卡夹(9)，所述支撑板(6)上滑动连接有所述面板(4)；

所述电极室(3)包括外管(10)、推拉杆(11)和活塞(12)，所述卡夹(9)可拆卸的夹持在所述外管(10)外壁上，所述外管(10)下端开口，且内部滑动设置有所述活塞(12)，所述活塞(12)顶部连接有贯穿所述外管(10)的推拉杆(11)，所述活塞(12)底部连接有泡沫镍电极(13)，所述推拉杆(11)的另一端部设置有推拉手柄，所述推拉手柄上设置有内嵌的电极接线柱(14)，所述电极接线柱(14)通过贯穿所述推拉杆(11)和所述活塞(12)的导线与所述泡沫镍电极(13)电性连接；

所述面板(4)上设置有电池盒(15)、一对电源接线柱(16)、开关(17)、负载(18)和一对回路接线柱(19)，所述电源接线柱(16)与所述电池盒(15)电性连接，所述负载(18)设置于所述一对回路接线柱(19)之间，所述负载(18)与所述回路接线柱(19)电性连接。

2.如权利要求1所述的一种氢氧燃料电池演示器，其特征在于，两个所述支撑板(6)相对的侧面上设置有竖直方向的滑道，所述面板(4)两侧设置有能够与所述滑道滑动连接的凸起，所述支撑板(6)与所述面板(4)通过滑道和凸起滑动连接。

3.如权利要求1所述的一种氢氧燃料电池演示器，其特征在于，所述凹槽顶部边缘与所述电解槽(2)之间通过密封圈密封连接，所述密封圈的内圈环绕设置有多个纵截面为直角梯形的卡脚。

4.如权利要求1所述的一种氢氧燃料电池演示器，其特征在于，所述外管(10)为透明的聚四氟乙烯管，所述外管(10)的外壁上设置有刻度。

5.如权利要求1所述的一种氢氧燃料电池演示器，其特征在于，所述开关(17)包括两个单刀单掷开关，其中一个所述开关(17)与一对所述电源接线柱(16)以及所述电极接线柱(14)电性连接且构成回路，另一个所述开关(17)与所述电极接线柱(14)以及一对所述回路接线柱(19)电性连接且构成回路。

6.如权利要求1所述的一种氢氧燃料电池演示器，其特征在于，所述开关(17)包括一个双刀双掷开关，一对所述电源接线柱(16)分别与所述开关(17)一端的两个接线端电性连接，所述电极接线柱(14)分别与所述开关(17)中部的两个接线端电性连接，所述开关(17)另一端的两个接线端分别与一对所述回路接线柱(19)电性连接。

7.如权利要求5所述的一种氢氧燃料电池演示器，其特征在于，所述负载(18)包括并列设置的多个发光二极管，每个所述二极管两端设置有对应的接线柱，多个所述发光二极管能够串联或者并联。

8.如权利要求1所述的一种氢氧燃料电池演示器，其特征在于，所述回路接线柱(19)与所述开关(17)之间的电路上设置有一对用于连接电压表的电压表接线柱和一对用于连接电流表的电流表接线柱。

9.如权利要求1所述的一种氢氧燃料电池演示器，其特征在于，所述电解槽(2)为长方体结构或者圆柱形结构，所述电解槽为透明的石英电解槽。